斜拉桥监控模型计算中的几点注意事项

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摘 要：本文以广东省某独塔斜拉桥按Midas Civil 2012监控计算建模过程中所以到的问题为材料，简述在进行斜拉桥监控计算时易犯的几个错误。

关键词：斜拉桥；监控计算；软件；Midas Civil 2012

中图分类号：U448.27文献标识码：A

概述

斜拉桥监控因为施工过程中的索力、主梁标高、塔顶位移以及温度等环境影响因素的监测，对每一施工阶段进行详尽的分析和验算，加以有效的控制：对结构体系计算所采用的参数进行识别、计算和修正，以消除或减少实际与设计目标值的偏差，保证大跨度斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终处于设计所要求的安全范围内，结构处于最优的受力状态。

前处理

材料定义

在进行材料定义是需要注意的是斜拉索。斜拉桥是需要考虑几何非线性的结构。其主要来源于三个方面：斜拉索的垂度效应；主梁、主塔中轴力和弯矩相互作用而产生的梁-柱效应；大位移引起的几何形状改变

当斜拉桥跨度较大，通常为200~300m以上时，需要考虑后两个因素造成的几何非线性，在模建模式，在施工阶段分析控制中，勾选几何非线性即可。但对跨度不算太大的斜拉桥，仅需要考虑第一项。

在我们进行斜拉索模拟时，通常采用桁架单元，可通过Ernst公式，计算出等效弹性模量，以此来考虑斜拉索垂度效应而引起的几何非线性。

Ernst公式拉索换算弹性模量按下式计算：

式中： ——考虑垂度影响的拉锁换算弹性模量（）；——拉锁弹性模量（）； ——拉索换算容重；（；

——拉锁长度（）；——拉锁与水平线的夹角（°）； ——拉索应力（）。

结构离散化

一般桥梁都是有横坡和竖曲线的，我们在进行简支、连续、连续刚构等桥梁建模时，均可不考虑其影响。但是在进行斜拉桥监控计算建模时，必须将其考虑进去。因为一方面斜拉桥跨径较大，考虑与不考虑竖曲线会导致好多节点的桥面高程相差较大，不符合实际，更重要的是对斜拉索索力的影响。因监控计算不同于其他目的的建模计算，其要求所建模型能够在最大程度上反映实桥情况，以便能够提供更加准确的用于桥梁施工的数据，因此在进行空间建模分析时，应尽量将结构上的一些不对称的情况考虑进去。在建单梁模型时，横隔板可按节点荷载来添加，建梁格模型时，一定要在刚度和自重上对横隔梁进行真实地模拟。梁格分析时还要合理设置虚拟横梁。

荷载的施加

通常，在建模分析时，我们需要考虑自重、二期、预应力、斜拉索索力、锚箱、车道人群、系统温差、支座沉降等荷载。当桥梁分左右幅时，空间分析时需要考虑铺装、人行道、栏杆、防撞护栏等的不对称布置，单梁平面分析时不需要考虑。预应力形状设置时，在横桥方向可以进行合理的简化。预应力钢束没有平弯时，单梁模型不许考虑横桥向布置，用标准钢束来模拟；梁格模型需将除横桥向布置相同的钢束合理分配的每根主梁上。钢束有平弯时，不考虑其平弯会导致预应力损失计算时有差异。施加预应力荷载时，有两端、开始点、结束点张拉的不同，这也仅与预应力损失有关。

边界条件

斜拉桥结构复杂，边界条件较多。边界条件是最容易出错的地方，但一般在边界条件出错时，结构无法正常分析出结果，或者所得结果不收敛，因而一般能够比较容易地发现边界条件上的错误。需注意弹性连接中的刚接和刚性连接的区别。在进行施工阶段分析时，刚性连接可以激活，但是无法钝化；刚性连接的主从节点，三个方向的平动自由度完全相同，弹性连接中的刚接则仅仅是在点与点之间做一个刚臂，形成一个刚体并没有位移上面的相互关系。

施工阶段分析

在划分施工阶段时，要先仔细研究施工组织设计，明确施工顺序，持续时间等要素。

在设置时，所考虑的材龄和持续时间，是为了计算收缩徐变的影响。混凝土材龄一般输入从浇筑混凝土后到拆模，直到该单元开始发生作用的时间，一般为5天，为混凝土从现浇到其强度达到90%的时间。在激活边界条件时，一般先激活边界条件然后再激活相应的结构组，选变形后；或者在同一个施工阶段激活，但是要选择变形前。悬臂法施工的桥梁，由于有支架现浇段，该梁段上的永久边界条件一般不约束顺桥向位移DX，因此在现浇后合拢前要给该梁段添加一个约束DX方向的临时边界。

后处理

这里主要关注位移的读取。Midas Civil中有三种位移，累加位移、当前阶段位移和实际位移。当在施工阶段分析控制数据选项卡中勾选“构件延初始切向位移方向激活”时，三个位移都能够查看，不勾选时，实际位移无法查看。勾选时，考虑各个施工阶段发生的切向角位移，赋予给下一施工阶段，计算发生的实际总位移。例如钢结构和预制混凝土结构的拼装时，需要考虑此切向位移。不然，将无法无缝拼接。

三种位移的介绍如下：

当前阶段位移：

阶段/步骤实际位移：

累加位移：阶段/步骤实际位移减去以前施工阶段切向位移所得的值。

结语

本文中所提到的几点问题，主要是笔者在所负责斜拉桥工程监控计算过程中遇到的容易犯错的地方，在这里提出来供广大工程界人士参考、讨论。在解释问题的过程中，除了查阅相关专业书籍、期刊论文外，最多的就是从Midas Civil 2012的帮助功能中寻找答案，建议大家能够很好的利用软件的这一功能。